□ 蔡銘放 上海冬翼光電有限公司

銅綠假單胞菌，又名綠膿桿菌，因其可產(chǎn)生多種外毒素、內(nèi)毒素等致病因子，是導(dǎo)致急性腸道疾病和皮膚炎癥的完全致病菌，故成為包裝飲用水檢測(cè)中一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)。鑒于銅綠假單胞菌的致病性，《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 包裝飲用水》(GB 19298-2014)明確規(guī)定，每250mL水樣中銅綠假單胞菌不得檢出，并要求出廠前對(duì)每批次成品包裝飲用水進(jìn)行銅綠假單胞菌檢測(cè)，若檢出該物質(zhì)，則為不合格產(chǎn)品，必須召回且停止銷售。

臭氧消毒是目前較為常用的針對(duì)包裝飲用水的殺菌方式，但是其存在較大缺陷：通入臭氧含量低，導(dǎo)致許多有害微生物不能被完全殺死；通入臭氧含量高，則容易產(chǎn)生溴酸鹽（一種化學(xué)毒性副產(chǎn)物）……由于難以對(duì)臭氧消毒劑量進(jìn)行準(zhǔn)確把控，導(dǎo)致包裝飲用水不合格事故頻發(fā)，這讓很多生產(chǎn)廠家苦惱不已。因此，作為物理殺菌的紫外線技術(shù)由于不會(huì)產(chǎn)生任何副產(chǎn)物，使用起來更加放心、安心，越來越受到相關(guān)企業(yè)的青睞。本文主要介紹了紫外線殺菌技術(shù)，以及東芝紫外線設(shè)備在包裝飲用水殺菌方面的應(yīng)用。

圖1 低壓紫外線與中壓紫外線的波長(zhǎng)特征對(duì)于殺菌效果的影響

圖2 東芝紫外線燈的實(shí)際數(shù)據(jù)

1 紫外線殺菌技術(shù)要點(diǎn)

由于紫外線是在接觸水時(shí)進(jìn)行瞬時(shí)殺菌，并沒有持續(xù)的滅菌作用，故對(duì)后續(xù)工藝的要求更高。而且在使用紫外線進(jìn)行殺菌時(shí)，如果忽略了以下幾項(xiàng)要點(diǎn)，較容易導(dǎo)致殺菌效果不理想。

①紫外線劑量不夠，導(dǎo)致殺菌不徹底。各種病毒、微生物對(duì)紫外線劑量的承受能力差異很大，必須進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)才能保證有足夠的紫外線劑量。

②后期維護(hù)不力，使套管結(jié)垢遮擋了紫外線輸出。紫外線設(shè)備并不是安裝完畢就可以一勞永逸，后期的設(shè)備維護(hù)工作也十分重要。因?yàn)樽贤饩€是通過光波產(chǎn)生作用，如果污垢阻擋了光波，便無法發(fā)揮其殺菌效果。

圖3 中壓紫外線設(shè)備（左）與低壓紫外線設(shè)備（右）

③低壓紫外線的殺菌波長(zhǎng)單一，部分細(xì)菌病毒有可能再度復(fù)活。雖然細(xì)菌會(huì)在紫外線的照射下停止活動(dòng),但遇到可視光后細(xì)菌仍有可能重新活動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為“光復(fù)活”現(xiàn)象。

目前，國(guó)內(nèi)進(jìn)行水殺菌處理時(shí)常采用的紫外線燈幾乎都是低壓燈，雖然其具有殺菌效率高、不產(chǎn)生二次污染、安全性高、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在光復(fù)活、穿透力低等缺點(diǎn)。相對(duì)而言，針對(duì)食品加工用水、包裝飲用水等殺菌要求較高的水處理問題，中壓紫外線更能滿足用戶的需求。

2 低壓紫外線與中壓紫外線的區(qū)別

2.1 波長(zhǎng)特征不同

低壓紫外線燈：殺菌波長(zhǎng)單 一， 主要集中在254nm。由于微生物自身具有修復(fù)機(jī)制，已經(jīng)被紫外線殺滅的細(xì)菌在光照條件下會(huì)部分復(fù)活，導(dǎo)致出水的微生物指標(biāo)未能達(dá)標(biāo)。

中壓紫外線燈：起廣譜殺菌作用，不僅能破壞微生物的DNA結(jié)構(gòu)，還能破壞細(xì)胞內(nèi)的酶及蛋白質(zhì)，對(duì)微生物組織結(jié)構(gòu)造成全面的、不可逆的傷害，從而有效克服微生物的復(fù)活問題，殺菌更為徹底。

2.2 能量密度不同

中壓紫外線燈每單位厘米的能量密度約為低壓紫外線燈的50倍，故其能在確保強(qiáng)大殺菌效果的同時(shí)大大減少設(shè)備的占地面積。

圖4 東芝紫外線燈與其他品牌產(chǎn)品的照度維持率對(duì)比

2.3 對(duì)設(shè)備的工藝要求不同

中壓紫外線燈的表面溫度能達(dá)到800℃左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于低壓紫外線燈，這就對(duì)設(shè)備的安全性及密封性提出了更高的要求。

2.4 燈管壽命不同

因?yàn)橹袎鹤贤饩€燈的生產(chǎn)工藝相當(dāng)復(fù)雜，相對(duì)于低壓紫外線燈幾千甚至上萬小時(shí)的使用壽命來說，目前國(guó)內(nèi)中壓紫外線燈的壽命只有幾百到一千小時(shí)左右，且性能不甚穩(wěn)定。日本東芝公司在水處理方面積累了長(zhǎng)期的使用經(jīng)驗(yàn)，其生產(chǎn)的中壓紫外線燈通過了第三方的對(duì)比測(cè)試—在工作了7500小時(shí)后，照度維持率仍保持在82.6%左右，可謂國(guó)際領(lǐng)域首屈一指的品牌。

表1 飲用水常見微生物的D10RED值

3 中壓紫外線殺菌技術(shù)優(yōu)勢(shì)

中壓紫外線技術(shù)由于其廣譜特性，使殺菌更為徹底—可以在飲用純凈水工藝的活性炭后段、礦泉水工藝的錳砂后段等潛在的容易滋生微生物的部位進(jìn)行把關(guān)式滅菌。另外，其可在臭氧塔前段進(jìn)行徹底滅菌，使水中的微生物指標(biāo)全部達(dá)標(biāo)，再結(jié)合后續(xù)臭氧工藝，保證對(duì)臭氧塔后段灌裝管路和灌裝時(shí)空氣帶進(jìn)瓶?jī)?nèi)的細(xì)菌進(jìn)行完全有效的控制。中壓紫外線殺菌技術(shù)具有以下幾方面技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

①更大的殺菌廣譜性；

②中壓紫外線殺菌技術(shù)殺菌效果徹底且穩(wěn)定；

③采用CFD RED劑量選型模式，殺菌效果可控。

4 中壓紫外線設(shè)備在瓶裝水消毒中的應(yīng)用

4.1 純凈水消毒

在此過程安裝中壓紫外線設(shè)備的作用：

①降低活性炭后工藝環(huán)節(jié)的微生物負(fù)荷及壓力；

②減少微濾攔截的微生物在膜表面形成生物膜；

圖5 中壓紫外線設(shè)備在純凈水消毒中的應(yīng)用流程

圖6 中壓紫外線設(shè)備在產(chǎn)品線中的應(yīng)用場(chǎng)景

③降低膜穿孔風(fēng)險(xiǎn)和微生物穿透風(fēng)險(xiǎn)；

④提高膜的使用壽命和過水面積；

⑤降低RO膜的清洗頻率；

⑥減輕后端臭氧消毒的壓力，降低臭氧的添加量，改善車間工作環(huán)境。

4.2 礦泉水消毒

中壓紫外線設(shè)備在礦泉水消毒中的流程為：地下水→原水泵→錳砂除鐵→錳砂除錳→1級(jí)中壓紫外線設(shè)備→膜濾→產(chǎn)品水箱→2級(jí)中壓紫外線設(shè)備→臭氧混合塔→灌裝線。

在此過程安裝中壓紫外線設(shè)備的作用如下：

①1級(jí)中壓紫外線設(shè)備從源頭控制致病菌總數(shù)，從而保證后續(xù)系統(tǒng)不再受前工序細(xì)菌的積累性污染；

②2級(jí)中壓紫外線設(shè)備將中間過程，包括膜濾、產(chǎn)品水箱滋生的致病菌微生物全面性殺滅，保證進(jìn)臭氧混合塔前的水中微生物達(dá)標(biāo)；

③降低后端臭氧的添加量，有效降低溴酸鹽濃度，還能減少可同化有機(jī)碳（AOC）。

4.3 山泉水消毒

中壓紫外線設(shè)備在山泉水消毒中的流程為：山泉水→砂濾→錳濾→活性炭→1級(jí)中壓紫外線設(shè)備→UF超濾→水箱→投加臭氧→灌裝線。

在此過程安裝中壓紫外線設(shè)備具有如下作用：

①將通過錳砂和活性炭之后的水中的目標(biāo)微生物控制到最低程度；

②保證后管路和設(shè)備沒有目標(biāo)微生物污染；

③保護(hù)UF，使其清洗周期相對(duì)延長(zhǎng)。

5 典型合作案例介紹

上海冬翼光電有限公司作為日本東芝特種光源在中國(guó)唯一的代理公司，同東芝紫外線光電部門攜手合作，在包裝飲用水行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域積累了大量的案例和經(jīng)驗(yàn)。其用戶之一—尤熹橋亭山泉水有限公司坐落于福建省三明市，擁有2000平方米的智能化生產(chǎn)廠房，是一家集研發(fā)、生產(chǎn)，以及推廣各類桶裝、瓶裝水為一體的現(xiàn)代化高科技企業(yè)。冬翼中壓紫外線殺菌器等設(shè)備于2018年12月在該公司安裝投產(chǎn)使用，并安全運(yùn)行至今。通過第三方機(jī)構(gòu)檢測(cè)，成品水中的銅綠假單胞菌抽檢均達(dá)標(biāo)。由此可見，冬翼中壓紫外線殺菌器能以高效徹底殺菌及無毒副產(chǎn)物的優(yōu)勢(shì)為產(chǎn)品品質(zhì)保駕護(hù)航。

圖7 使用中壓紫外線殺菌器前后檢測(cè)結(jié)果對(duì)比